مدل سازي سه بعدي تزريق سوخت گاز با استفاده از كد عددي اصلاح‌شده كيوا

3-Dimentional Simulation of a gaseous injection by Using Modified KIVA-3V Code

با توجه به كاهش روز افزون منابع سوخت‌هاي هيدروكربني و همچنين افزايش آلايندگي حاصل از اين دسته از سوخت‌ها، محققين تشويق شده اند تا بدنبال سوخت جايگزين باشند. سوخت گاز طبيعي به دليل وجود منابع بزرگي از آن و نيز ارزانتر بودن آن از طرف ديگر و نيز ميزان آلايندگي اشتعال كمتر آن نسبت به ديگر مشتقات نفتي، مورد توجه خودروسازان قرار گرفته است. شبيه سازي به محققين كمك مي‌كند با صرف هزينه كمتر و در زمان كوتاه‌تر بتوانند عملكرد يك موتور را با سوخت گاز طبيعي مورد آزمايش قرار دهند. كيوا يكي از قويترين نرم افزار هاي موجود در شبيه سازي موتور احتراق داخلي مي‌باشد كه هم در صنعت و هم نزد پژوهشگران شناخته شده و پركاربرد است. اما نقطه ضعفي كه كيوا دارد، آن است كه كيوا قادر به شبيه سازي تزريق سوخت گاز نمي باشد و تنها سوخت مايع همچون بنزين و ديزل را مي‌تواند به درستي شبيه سازي كند. در اين پروژه يك زير برنامه عددي تهيه و به كد عددي كيوا اضافه شد تا به كيوا قابليت دهد تا سوخت گاز را همانند سوخت‌هاي مايع به صورت صحيح مدل سازي كند. براي اطمينان از صحت عملكرد كد تهيه شده، نتايج آن با دو نمونه نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده و نشان داده شد كه كد تهيه شده به خوبي مي‌تواند فرآيند تزريق گاز را مدل سازي كند. در اين تحقيق سوخت گازي متان در نظر گرفته شده است.

With growing environmental pollution and concerns about fossil fuel depletion worldwide, there is an urgent need to find a solution for this problem. Using alternative fuels, such as natural gas which can burn much cleaner than petrol or gasoline and, has the added advantage of being much cheaper than other conventional fuels, and is more widely available than oil in our planet, is of major interest of automotive industry. The most effective way to utilize this alternative fuel in the common internal combustion engine is by means of direct injection technology. Before natural gas can be utilized in common automotive engines, it is necessary to conduct simulations and thus optimize these engines to maximize output power prior to being built. Optimizing engines can only be achieved through simulation. KIVA-3V is a well-accepted engine simulation tool, recognized by industrial users and researchers. KIVA-3V lacks the ability to simulate gaseous fuel injections as it is only designed to deal with liquid fuels. In this research, the governing equations on gas injections were searched and they were used to develop a numerical code for KIVA-3V to enable simulation of gaseous injections. The modified version of KIVA-3V was verified using two different sets of experimental data. It was shown that the modified KIVA-3V code can effectively simulate gaseous injections, producing very exact results. The gaseous fuel considered in this research was pure methane.